Способ производства листов и лент из алюминиевых сплавов, содержащих литий

 

Изобретение относится к области металлургии. Способ производства листов и лент из алюминиевых сплавов, содержащих медь и литий, включает горячую прокатку слитка, ступенчатый отжиг с промежуточным охлаждением по следующему режиму: нагрев до температуры в области фазы T₂(Al₆CuLi₃), выдержка в течение 0,1-2 ч, затем нагрев до 330-420^oC, выдержка в течение 6-20 ч, после чего нагрев до 250-290°С, выдержка в течение 1-5 ч, затем проводят холодную прокатку, закалку, правку и старение. Способ позволяет повысить надежность работы получаемых изделий после эксплуатационных и технологических нагревов. 3 з.п.ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при изготовлении полуфабрикатов, изделий из алюминиевых сплавов, содержащих литий, в качестве конструкционных материалов в объектах новой техники.

Известен способ производства листов из алюминиевых сплавов, содержащих литий, включающий горячую прокатку, закалку, холодную прокатку, закалку, правку растяжением или изгибом и старение (И.Н.Фридляндер и др. Алюминие- литиевые сплавы, структура и свойства. Наукова думка, 1992 г., с. 157 -175).

Недостатком этого способа является низкая технологическая пластичность из-за значительной анизотропии механических свойств, в частности относительного удлинения в долевом и поперечном направлениях.

Известен способ производства листов и лент из алюминиевых сплавов, содержащий литий, включающий горячую прокатку, ступенчатый отжиг с промежуточным охлаждением, холодную прокатку, закалку, правку и старение (патент США N 4624717, C 22 F 1/04, 1986 г.) прототип.

Недостатком этого способа является низкая технологическая пластичность после эксплуатационных и технологических нагревов из-за значительной анизотропии механических свойств в объеме изделия и как следствие низкая надежность работы изделий.

Предлагаемый способ производства листов и лент из алюминиевых сплавов, содержащих медь и литий, включает горячую прокатку слитка, ступенчатый отжиг с промежуточным охлаждением: сначала при температуре в области фазы T₂(Al₆CuLi₃) в течение 0,1 - 2 ч, затем при температуре 330 - 420^oC в течение 6-20 ч, после чего при температуре 250 - 290^oC в течение 1 - 5 ч, холодную прокатку с суммарной степенью деформации не более 50%, закалку, правку и старение.

Закалку проводят с охлаждением в воде или на воздухе под вентилятором.

Правку проводят растяжением или изгибом со степенью деформации 0,2 - 6%.

Ступенчатый отжиг с последующей холодной прокаткой ведут по меньшей мере дважды.

Предлагаемый способ отличается от прототипа тем, что ступенчатый отжиг ведут сначала при температуре в области фазы T₂(Al₂CuLi₃) в течение 0,1 -2 ч, затем при температуре 330 - 420^oC в течение 6-20 ч, после чего при температуре 250 - 290^oC в течение 1-5 ч, а холодную прокатку ведут с суммарной степенью деформации не более 50%.

3акалку проводят охлаждением в воде или на воздухе под вентилятором.

Правку проводят растяжением или изгибом со степенью деформации 0,2 - 6%.

Ступенчатый отжиг с последующей прокаткой проводят по меньшей мере дважды.

Технический результат - повышение технологической пластичности после эксплуатационных и технологических нагревов и как следствие повышение надежности работы получаемых изделий.

Предлагаемая последовательность операций и режимы этих операций позволяют уменьшить анизотропию относительного удлинения и повысить характеристику надежности (σ^не_тр^тто/σ_0,2) после эксплуатационных и технологических нагревов и как следствие повышение надежности работы изделия.

Предлагаемая последовательность операций и режимы этих операций позволяют снизить концентрацию лития в твердом растворе за счет выделения содержащих литий фаз в центре зерна, что приводит к изменению характера распада твердого раствора в приграничных областях, сопровождающегося уменьшением ширины зоны, свободной от выделений δʹ- фазы (Al₃Li), что уменьшает чувствительность сплавов к сосредоточенной деформации при приложении нагрузки, снижает анизотропию относительного удлинения и в конечном итоге повышает надежность работы изделия после эксплутационных и технологических нагревов.

При изготовлении листов с режимами ниже предлагаемых не происходит выделения содержащих литий фаз и пересыщение твердого раствора остается высоким, происходит неоднородный распад твердого раствора по зерну, что приводит к увеличению ширины зоны, свободной от выделений δʹ- фазы (Al₃Li), в результате возрастает чувствительность к сосредоточенной деформации, что приводит к возрастанию анизотропии относительного удлинения и в конечном счете снижению надежности работы изделий после технологических и эксплуатационных нагревов.

При изготовлении листов с режимами выше предлагаемых происходит выделение T₁-фазы (Al₂CuLi) по границам зерен, что приводит к снижению технологической пластичности из-за повышения анизотропии относительного удлинения и как следствие снижения характеристики надежности (σ^не_тр^тто/σ_0,2) после технологических и эксплуатационных нагревов.

Были изготовлены листы по предлагаемому способу, по способу с запредельным режимом и по способу-прототипу.

Пример 1 Слиток из сплава 1460 (система AI-Cu-Li) подвергали горячей прокатке на толщину 6 мм. Нагревали до температуры 520^oC, что соответствует области T₂-фазы (530 - 450^oC), выдерживали при этой температуре 2 ч, охлаждали с печью до температуры 420^oC, выдерживали при этой температуре 20 ч, охлаждали с печью до температуры 290^oC, выдерживали при этой температуре 5 ч. Затем охлаждали до комнатной температуры и подвергали холодной прокатке до толщины 3 мм со степенью деформации 50%. Закалку вели по режиму: нагрев до 545^oC с выдержкой 10 мин. Охлаждали в воде. Правили изгибом со степенью деформации 6%. Старили по режиму: нагрев до 150^oC с выдержкой при этой температуре 15 ч.

Пример 2 Слиток из сплава 1470 (система AI-Li-Cu-Mg) подвергали горячей прокатке на толщину 6 мм. Затем вели ступенчатый отжиг по режиму: нагрев до температуры 465^oC, что соответствует области Т₂-фазы (492 - 460^oC), выдерживали при этой температуре 0,1 ч, охлаждали воздухом до комнатной температуры, нагревали до температуры 330 ^oC , выдерживали при этой температуре 6 ч, охлаждали воздухом до комнатной температуры, нагревали до температуры 250^oC, выдерживали при этой температуре 1 ч. Охлаждали до комнатной температуры и вели холодную прокатку со степенью деформацию 50% до толщины 3 мм. Закалку вели по режиму: нагрев до температуры 500^oC, выдержка при этой температуре 10 мин, охлаждение воздухом под вентилятором. Правку растяжением вели со степенью деформации 0,2%. Старение вели по режиму: нагрев до температуры 170^oC, выдержка 12 ч, нагрев до температуры 210^oC, выдержка 4 ч.

Пример 3 Слиток из сплава 1460 (система (AI-Cu-Li) подвергали горячей прокатке до толщины 6 мм. Дальше вели ступенчатый отжиг по режиму: нагрев до температуры 485^oC, выдержка при этой температуре 1 ч, охлаждение до температуры 380^oC, выдержка при этой температуре 12 ч, охлаждение до температуры 270^oC, выдержка 3 ч, охлаждение воздухом до комнатной температуры. Далее вели холодную прокатку со степенью деформации 50% до толщины 3 мм. После этого вели ступенчатый отжиг по режиму: нагрев до температуры 485^oC, выдержка при этой температуре 1 ч, охлаждение до температуры 380^oC, выдержка при этой температуре 12 ч, охлаждение до температуры 270^oC, выдержка при этой температуре 3 ч. Охлаждение до комнатной температуры с последующей холодной прокаткой со степенью деформации 33% на толщину 2 мм. Закалку вели по режиму: нагрев до температуры 525^oC, выдержка 10 мин, охлаждение в воде. Правку проводили растяжением со степенью деформации 2%. Старение вели по режиму: нагрев до температуры 150^oC, выдержка при этой температуре 20 ч.

Пример 4 Слиток из сплава 1460 (система AI-Cu-Li) подвергали горячей прокатке на толщину 6 мм. Ступенчатый отжиг вели по режиму: нагрев до температуры 535^oC, выдержка при этой температуре 3 ч, охлаждение до 430^oC, выдержка при этой температуре 22 ч, охлаждение с печью до комнатной температуры. Нагревали до температуры 30^oC, выдержка при этой температуре 6 ч, охлаждали на воздухе до комнатной температуры. Дальше вели холодную прокатку со степенью деформации 66% до толщины 2 мм. Закалку вели по режиму: нагрев до температуры 530^oC, выдержка при этой температуре 10 мин, охлаждение в воде. Проводили правку изгибом со степенью деформации 7%. Старение вели по режиму: нагрев до температуры 150^oC, выдержка при этой температуре 20 ч.

Пример 5 Слиток из сплава 1470 (система (Al-Li-Cu-Mg) подвергали горячей прокатке на толщину 6 мм. Ступенчатый отжиг вели по режиму: нагрев до 450^oC, выдержка при этой температуре 0,05 ч, охлаждение до температуры 320^oC, выдержка при этой температуре 5 ч, охлаждение до температуры 240^oC, выдержка при этой температуре 0,5 ч. Охлаждали до комнатной температуры и вели холодную прокатку со степенью деформации 58% на толщину 2,5 мм. Закалку вели по режиму: нагрев до температуры 500^oC, выдержка при этой температуре 10 мин, охлаждение водой. Правили растяжением со степенью деформации 0,1%. Старение вели по режиму: нагрев до температуры 160^oC, выдержка при этой температуре 3 ч, нагрев до температуры 205^oC, выдержка при этой температуре 3 ч.

Пример 6 (прототип) Слиток из сплава 1460 (система AI-Cu-Li) подвергали горячей прокатке на толщину 6 мм. Ступенчатый отжиг проводили по режиму: нагрев до температуры 535^oC, выдержка при этой температуре 1 ч, охлаждение сжатым воздухом до температуры 310^oC, выдержка 12 ч, холодная прокатка со степенью деформации 66% на толщину 2 мм. Закалку вели по режиму: нагрев до температуры 520^oC, выдержка 10 мин с последующим охлаждением в воде. Правку растяжением вели со степенью деформации 2%. Старение вели по режиму: нагрев до температуры 150^oC, выдержка при этой температуре 20 ч.

Проводили испытания механических свойств полученных изделий в состоянии поставки и после дополнительного температурного нагрева (85^oC, 1000 ч), испытывали механические свойства на разрыв гладких образцов вдоль и поперек волокна. Кроме того, испытывали образцы с центральным надрезом и нанесенной усталостной толщиной. Определяли σ_в, σ_0,2, δ, σ^не_тр^тто. Результаты испытаний приведены в таблице.

Таким образом, предлагаемый способ по сравнению с известным позволяет повысить после технологических и эксплуатационных нагревов технологическую пластичность материала и надежность его работы в 1,6 - 1,8 и 2,5 - 2,7 раза соответственно.

Формула изобретения

1. Способ производства листов и лент из алюминиевых сплавов, содержащих медь и литий, включающий горячую прокатку слитка, отжиг, холодную прокатку, закалку, правку и старение, отличающийся тем, что отжиг проводят ступенчато с промежуточным охлаждением по режиму: сначала нагрев до температуры в области фазы T₂ (Al₆CuLi₃), выдержка в течение 0,1 - 2 ч, затем нагрев до 330 - 420^oС, выдержка в течение 6 - 20 ч, после чего нагрев до 250 - 290^oС, выдержка в течение 1 - 5 ч, а холодную прокатку проводят с суммарной степенью деформации не более 50%.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что закалку проводят с охлаждением в воде или на воздухе под вентилятором.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что правку проводят растяжением или изгибом со степенью деформации 0,2 - 6%.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что ступенчатый отжиг с последующей холодной прокаткой проводят по меньшей мере дважды.

РИСУНКИ

Рисунок 1